De l’usage du prototypage virtuel pour le choix de matériaux en facture instrumentale : le cas de la guitare acoustique
Résumé
Des contraintes d’approvisionnement pesant sur les bois traditionnellement employés en facture instrumentale mènent les fabricants d’instruments de musique à rechercher des alternatives. Des espèces de bois peu envisagées jusqu’alors et dont l’approvisionnement est stable, ainsi que des matériaux de synthèse tels que les composites à base de fibres végétales, sont de plus en plus considérés. Le prototypage virtuel peut permettre d’anticiper les conséquences de l’usage de tels matériaux sur la sonorité des instruments et de faciliter les décisions lors de la conception. À cette fin, un modèle numérique de la guitare acoustique est développé puis étudié. Il s’appuie sur un modèle aux éléments finis de sa table d’harmonie tenant compte de ses principaux phénomènes dissipatifs (visco-élasticité, rayonnement acoustique), complété par un modèle analytique de corde non-linéaire. La table d’harmonie et la corde sont couplées via la formulation Udwadia-Kalaba exprimée dans la base modale. Une étude de sensibilité globale est réalisée pour évaluer l’influence des paramètres matériaux et géométriques du modèle sur les modes de la table d’harmonie, puis sur les caractéristiques sonores de signaux de pincement de corde synthétisés, en incluant à l’étude les paramètres des cordes et d’excitation. Enfin, l’optimisation géométrique d’une table d’harmonie en matériau composite à base de fibres végétales est réalisée pour minimiser l’écart de ses fréquences de résonance à celles d’une table d’harmonie en épicéa. La performance de l’optimum atteint est évaluée par la comparaison de signaux de pincement de cordes synthétisés via leurs descripteurs audio.